Процесс проверки происходит следующим образом:

-ВЕДУЩЕЕ устройство посылает импульс ВКЛ длиной 10мс, показанный как время запуска Tx1ON время окончания Tx1OFF.

-После получения импульса на удаленном конце линии, устройство, которое определено как ВЕДОМОЕ записывает полученный импульс, делает выдержку и посылает полученный сигнал назад.

-Время выдержки дает возможность перейти ВЧ аппаратуре обратно в режим готовности.

-ВЕДУЩЕЕ устройство записывает время отправки первого импульса Rx2ON и время прихода ответа с другого конца линии Rx2OFF.

-После приема ответа от ВЕДОМОГО, ВЕДУЩЕЕ устройство делает задержку 20 мс и снова посылает импульс на другой конец линии, что дает возможность ВЕДОМОМУ устройству, также измерить время задержки при передаче сигнала.

Задержка передачи = (Rx2ON – Tx10N – 20)/2 мс

Время задержки при передаче вычисляется следующим образом: от полного времени между посылкой первого сигнала и получением ответа от другого конца линии вычитаем длину импульса и задержку на другом конце линии (20мс) и полученный результат делим на 2 (так как сигнал проходит один и тот же путь 2 раза).

На рис. 7.40 также показано, как устройство P547 компенсирует эффект задержки импульса ВЧ аппаратурой. Любая ВЧ аппаратура вносит свою погрешность на передачу сигнала при передаче по ВЧ каналу. Устройство Р547 позволяет измерить и учесть эту погрешность при передаче по ВЧ каналу сигнала «пуск».

При посылке импульса длиною 10 мс, устройство Р547 почти мгновенно получит свой сигнал на свой быстрый оптовход, так как используется симплексный канал связи.

Задержка при получении своего импульса будет обусловлена скоростью срабатывания быстрого оптовыхода, временем работы ВЧ аппаратуры и временем срабатывания своего быстрого оптовхода.

Местная задержка = (Rx1OFF – Rx10N) – 10 мс

Измерение полной величины задержки между отправленным и принятым сигналом выполняется симметричным дистанционным измерением:

Удаленная задержка = (Rx2OFF – Rx20N) – 10 мс

Использование схемы периодической проверки задержки передачи, устройство MiCOM P547 позволяет использовать полученные результаты для компенсации вносимых погрешностей, что позволяет пользователю не проводить расчет времени задержки передачи сигнала. Также это устройство позволяет избежать проблем связанных с изменением времени передачи сигнала, так как это время сильно зависит от окружающей температуры и погодных условий. Периодическая проверка позволяет дополнительно контролировать исправность ВЧ канала, при отсутствии ответа от удаленного устройства работает сигнализация.

Если в течение 5 минут, после наступления времени следующей проверки задержки, ВЕДОМОЕ устройство не получило от ВЕДУЩЕГО сигнала проверки, то в этом случае также сработает сигнализация.

Учет погрешностей сдвига фаз

Как уже говорилось, погрешности сдвига фаз происходят по следующим причинам:

-Погрешности в углах сдвига фаз на линейных ТТ на каждом конце схемы

-Насыщение линейных ТТ или наличие эффекта смещения тока на одном или более линейных ТТ.

-ВЧ аппаратура не обеспечивает 100% повторяемость во времени задержки при передаче.

41

-С момента последнего измерения задержки передачи изменилась температура, что, следовательно, внесет изменения во времени задержки при передаче

-Измерительная погрешность в ответе другого устройства

-Наличие емкостного тока в линии, который будет замечен дифференциальной защитой.

Устройство P547 компенсирует все эти погрешности путем установки минимального промежутка интервала, в пределах которого отключения не будет. Это показано на Рис.7.41.

Рис. 7.41: Фазная характеристика защиты.

На Рис. 7.41, показан один период электрической системы, так 360° для системы 50Гц составляет 20мс. Затемненная область справа лежит в пределах клина, установленного углом блокировки. Клин стабильности начинается от -θs и до +θs (знак указывает на то, отстает ли или опережает дистанционный ток местный ток).

За счет емкостного тока защищаемой линии этот угол увеличивается на величину θc. Для этого вводят уставку по величине емкостного тока.

После пуска датчика грубой уставки начинается измерение интервала зоны блокировки. Защита складывает свой выходной сигнал с сигналом, полученным с другого конца линии через быстрый оптовход и определяет, в зависимости от измеренного интервала, необходимость отключения.

Если во время короткого замыкания устройство Р547 получает сигнал, то оно будет ждать до тех пор, пока не будет получена пауза и начнется синхронизация. При начале новой выборки «измеренный интервал» θg будет сравнен с уставкой. Если измеренный промежуток превышает уставку (θs + θc), то устройство подает сигнал на отключение.

Рекомендации фирмы по выбору основных уставок диффазной защиты

1) Коэффициент k должен обеспечить превосходство тока короткого замыкания над током нагрузки. Расчетный режим однофазное короткое замыкание. Минимальная величина коэффициента k, рассчитывается по формуле:

K > 3 x (IFLC / IF) + 1

Где:

IFLC = Максимально возможный ток нагрузки

IF = Минимальный фазный ток, однофазного КЗ на другом конце линии.

2) Датчик прироста тока обратной последовательности

Рекомендуется, что бы уставка Delta I2 была Enabled, поскольку датчики устройства P547 довольно эффективно определяет КЗ на землю.

42

Уставка Delta I2 High должна обнаруживать КЗ на землю на дальнем конце линии, как показано на Рис. 9. Составляющая обратной последовательности составляет третью часть от фазного тока КЗ - IF:

Delta I2 High < IF / 3

Delta I2 Low является блокирующим элементом при внешнем КЗ связанный с упомянутой раньше ступенью “trip” (отключение), также должен быть более чувствительным.

Обычно устанавливают: Delta I2 Low = от 50% до 80% от грубой уставки.

Обратите внимание, что по умолчанию программируемая схемная логика блокирует пуск обратной последовательности при включении линии, что бы избежать ложного отключения выключателя.

3) Датчики прироста КЗ тока прямой последовательности

Рекомендуется уставку Delta I1 ставить Enabled, поскольку датчики устройства Р547 довольно эффективно определяют трехфазное КЗ. Датчики прироста тока прямой последовательности нужны, в случае, если ток КЗ прямой последовательности А-В-С на удаленном конце линии может быть меньше, чем полный ток нагрузки и ступень I1 может при этом не сработать.

Уставка Delta I1 High обеспечивать определение трехфазного КЗ на удаленном конце линии, и должна соответствовать следующей формуле:

Delta I1 High < IF (IF = трехфазный ток КЗ)

Уставка Delta I1 Low является блокирующим уровнем при внешнем КЗ связанная со ступенью “trip” (отключение) описанной выше, и, следовательно, должна быть более чувствительной.

Типичная уставка: Delta I1 Low = от 50% до 80% от грубой уставки.

4) Датчики величины тока обратной последовательности

Рекомендуется уставку Start I2 все время ставить Enabled, что позволяет увеличить надежность системы, используя второй метод обнаружения несимметричных КЗ дополнительно по Delta I2.

Уставка Start I2 High должна гарантировано обнаруживать КЗ на землю на дальнем конце линии, как показано на Рис. 9.

Часть тока обратной последовательности составляет одну третью от IF: Start I2 High < IF/3

Однако Start I2 не может охватить весь диапазон КЗ, некоторые КЗ на землю резистивного характера определяются более чувствительными датчиками прироста тока КЗ. Причина заключается в том, что большая несимметричная нагрузка не должна провоцировать пуск Start I2 Low. Если Start I2 Low активировано во время сигнализации продолжающейся передачи, то устройство MiCOM P547 выдаст сигнал повреждения схемы, и блокирует продолжающуюся работу ВЧ канала. Наименьшая уставка для Start I2 Low:

Start I2 Low Max Load x (Max % Несимметрии/100%) x К запаса Например:

Max % Несимметрия = Кратко-срочная железнодорожная нагрузка/(полезная нагрузка x 100%)

К запаса = от 125 до 150%, увеличено для безопасности.

Даже если система передачи возможно симметрична, все равно рекомендуется установить несимметрию 5% или в два раза больше, чем I2, которое читается в столбике MEASUREMENTS1 устройства, во время проверки при вводе в эксплуатацию – при наибольшей нагрузке.

Уставка Start I2 Low, являющаяся блокирующим уровнем при внешнем КЗ, связана со ступенью “trip” (на отключение) Delta I2 High, и, следовательно, должна быть более чувствительной.

Типичная уставка: Start I2 Low = от 50% до 80% от грубой уставки.

43

Обратите внимание, что программируемая схемная логика блокирует пуски по току обратной последовательности при включении линии, чтобы избежать ложного отключения из-за тока, который будет протекать в момент включения выключателя. При этом нужно проверить, что величина тока прямой последовательности будет достаточна для пуска функций защиты Switch on to Fault (Включения на КЗ), которые, при необходимости, дополняются другими токовыми защитами (МТЗ, ЗНЗ или МТЗ I2> с независимыми характеристиками срабатывания).

5) Датчики величины тока прямой последовательности

Рекомендуется уставку Start I1 все время ставить Enabled, что позволяет увеличить надежность системы, используя второй метод обнаружения несимметричных КЗ дополнительно по Delta I1.

Уставка Start I1 High должна гарантировано обнаруживать трехфазное КЗ на дальнем конце линии.

Start I1 Low должна быть отстроена от максимального тока нагрузки или медленных качаний мощности x К запаса

6) Угол блокировки и емкостной зарядный ток

-Угол блокировки – рекомендуемое значение уставки для угла устойчивости θs - 30 градусов. Уменьшение этого значения не рекомендуется без выполнения динамического моделирования короткого замыкания, которое направленного на определение необходимости увеличения напряжения точки изгиба характеристики ТТ. Увеличение угла грозит загрублением защиты.

-Емкостной зарядный ток - Эта уставка должна быть установлена равной половине полного зарядного тока всей линии. Устанавливая половину установившегося зарядного тока, подразумеваем, что с каждого конца линии компенсируется половина зарядного тока, равняясь при суммировании полной компенсации. Уставка рассчитывается в относительных единицах, как кратность к номинальной нагрузке.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНАЯ ЗАЩИТА L60 ФИРМЫ GE

Дифференциально-фазная защита L60 выполнена по похожим принципам, но в то же время она имеет особенности, которые будут описаны ниже.

Орган управления передатчиком и пусковой орган используют один и тот же фильтр I2-kI1. Как видно коэффициент k поставлен перед током прямой последовательности. Для того, чтобы обеспечить преимущество тока обратной последовательности перед током прямой последовательности, что обеспечивает селективную работу защиты, этот коэффициент должен быть меньше 1. В защите он регулируется от 0.0 до 0.25. Возможно переключение защиты на ток 3I0 .

Защита имеет чувствительный орган, пускающий передатчик и грубый орган, действующий на отключение.

Угол сдвига фаз, который как мы отмечали должен быть равен примерно 600, определяется по длительности паузы в высокочастотном сигнале. Соответствующая длительность паузы при частоте 50Гц и соответствующей длительности периода переменного тока 20мс должна составить tп =20 *60/360 = 3.3мс.

Структурная схема защиты показана на рис. 7.42.

Как видно из рис.7.42 И1 (орган сравнения) на каждом конце линии сравнивает совпадение по времени положительной полуволны тока с отсутствием получаемого сигнала. Это происходит, когда выход FDH (грубый пусковой орган) фиксирует КЗ. Этот орган настраивается так, чтобы он не реагировал на токи нагрузки но реагировал на КЗ в зоне защиты линии. Таким образом, если при возникновении КЗ грубый пусковой орган реагирует, а сигнал на выходе приемника отсутствует 3,3 мс или более в течение прохождения положительной полуволны тока, то на выходе будет получен сигнал отключения.

44

Передатчики всех терминалов линии получают сигнал «1» от выходного сигнала FDL (чувствительный пусковой орган) и сигнал «0». от усилителя-формирователя прямоугольных импульсов SQ AMP через И2 во время положительной полуволны тока. Функция FDL необходима на всех терминалах во всех схемах блокировки дифференциально-фазной защиты для создания сигнала блокировки от соответствующих передатчиков. Этот сигнал поступает на удаленный приемник и блокирует отключение через орган сравнения при внешних КЗ. FDL имеет более чувствительную уставку, и поэтому действует раньше, чем удаленный FDH. Очевидно, что если при возникновении внешнего КЗ FDL не будет срабатывать, по крайней мере, также быстро, как удаленный FDH, то будет иметь место ложное отключение из-за отсутствия сигнала на выходе приемника. В основном FDL отстроены от токов нагрузки и имеют уставку меньше, чем FDH, чтобы срабатывать раньше FDH. При внутреннем КЗ токи, входящие в оба конца линии, совпадают по фазе. В этом случае при положительном сигнале на протяжении полупериода «1» от SQ AMP И1, от приемника поступает пауза на инвертирующий вход (опять «1»), а от грубого пускового органа также «1» орган «И1» выдает сигна на отключение.

При внешнем КЗ ток, входящий в один терминал линии, смещен на 180° по отношению к току, входящему в другой терминал линии. При этих условиях в течение полупериодов, когда SQ AMP выдает выходные сигналы «1» , соответствующий приемник также выдает выходной сигнал на инвертирующий вход «0», выходного сигнала от И1 отсутствует и срабатывание не произойдет.

PU=3.3

DO=20

Рис. 7.42. Структурная схема дифференциально-фазной защиты L60.

Регулировка симметрии

Выходной сигнал удаленного приемника должен точно совпадать с переключающим сигналом. Однако реально это не получается из-за задержки в выходных цепях. Поэтому, если передатчик был включен полпериода и потом отключен полпериода, выходной сигнал удаленного приемника будет присутствовать более, чем полпериода и отсутствовать менее, чем полпериода. Это явление главным образом обусловлено характеристикой фильтра в приемнике и самой аппаратурой передачи сигнала. Эта величина не постоянна, и зависит как от рабочих частот, так и уровня рабочего сигнала. Таким образом, эта асимметрия может меняться в эксплуатации от устройства к устройству и от одного момента времени до другого (со сменой атмосферных условий).

45

Регулировка симметрии находится во входной цепи приемника как показано на рис. 7.43. Она выполняется с с задержкой срабатывания или с возврата в зависимости от того, задерживает или ускоряет приемник полученный сигнал. Уставка по времени устанавливается после того, как передатчики, приемники и аппаратура связи настроены и отрегулированы с нужной чувствительностью. Нужная уставка достигается путем сравнения моментов срабатывания приемника с моментами включения и отключения передатчика симметричным выходным сигналом органа управления. После приемник выдает симметричный выходной сигнал.

Рис.7.43. Схема блокировки с регулировкой симметрии и запаздывания сигнала приемника.

FDH –грубый ПО

FDL – чувствительный

ПО SQ. AMP. – форми-

рователь прямоугольных импульсов

Теперь выходной сигнал приемника симметричен, но возможен сдвиг по фазе в сторону запаздывания от фактически передаваемого сигнала на удаленном терминале. Для этого выходной сигнал может быть смещен по фазе относительно тока на удаленном конце линии.

Эта компенсация осуществляется с помощью задержки по времени во входной цепи компаратора.

Выходной сигнал корректировщика фазовой задержки по форме такой же, как у формирователя прямоугольных импульсов, но он отстает на время уставки. Эта выдержка времени устанавливается равной сумме трех выдержек (регулировки симметрии, передачи сигнала и приемника), описанных выше. Таким образом, внешнее КЗ будет вызывать выходной сигнал от регулятора симметрии, точно совпадающий по фазе и симметричный с выходным сигналом устройства фазовой задержки. Уставка реле времени фазовой задержки зависит от времени действия канала, а общее время отключения схемы зависит от уставки этого реле времени.

Рекомендации фирмы по выбору основных уставок

1) Выбор схемы управления

Для того чтобы защита работала при всех видах короткого замыкания необходимо принять для управления сигнал I2-kI1 ; Для того чтобы защита работала только при замыканиях на землю выбирается управление по 3Io. При этом отключение при междуфазных коротких замыканиях без замыкания на землю возлагается на дистанционную защиту, входящую в комплект. Вполне очевидно, что для наших условий целесообразно выбрать сигнал I2-kI1.

2)Коэффициент k уменьшающий влияние составляющей прямой последовательности по сравнению с составляющей обратной последовательности, как правило, выбирается равным 0.2 для обычных условий. Однако в случае, если токи короткого замыкания недостаточно велики по сравнению с током нагрузки, приходится уменьшать величину до 0.15 или 0.1. Необходимость этого определяется при выборе уставок пусковых органов.

3)Уставка чувствительного пускового органа FDL выбирается по формуле:

FDL = 1.1х k х I1L

Где I1L максимальный ток нагрузки, а коэффициент k выбран ранее в п.2).

46

Если при этом чувствительность защиты к несимметричным КЗ оказывается недостаточной, то величину k нужно уменьшить и затем снова проверить чувствительность. Минимальная величина k должна быть не менее 0.05.

4) Уставка грубого пускового органа FDH выбирается по формуле:

FDH = 4/3 FDL+ 0/375 I1C

Где I1C - зарядный ток прямой последовательности линии электропередачи.

Проверяется чувствительность пусковых органов к несимметричным КЗ, при необходимости опять уменьшается величина k. Если чувствительность к трехфазным КЗ оказывается недостаточной, отключение трехфазных КЗ возлагается на дистанционную защиту.

5) Уставка симметрирования (SUMMETRY CH 1(2)) выходного сигнала выполняется после анализа осциллограммы. Определяется длительность импульса и паузы и сравнивается между собой и определяется длительность необходимого изменения импульса. Так, например, если импульс длиннее паузы на 4мс, вводится уставка равной: -2мс. Если пауза длиннее импульса на 3мс водится уставка: +1.5мс.

5) Уставка компенсации времени сдвига импульсов по концам линии электропередачи

(PHASE DELAY CH1(2)).

При выборе уставки необходимо суммировать три составляющих: задержка сигнала в оборудовании, сдвиг фазы тока по концам линии, время передачи сигнала на противоположный конец линии. Указанные величины вводятся в оба реле автоматически. Пользователь с помощью осциллографа может проконтролировать результат и внести корректировку.

6) Угол блокировки (STABILITY ANGLE)

Угол блокировки определяется следующими составляющими

φs = φload +φcapac+φct

где: φload сдвиг фаз тока между концами линии от тока нагрузки;

φcapac сдвиг фаз от емкостного тока линии. Может быть определен по формуле

φcapac = arctan (icapac / IFDH )

где: icapac – емкостной ток линии, IFDH – уставка грубого пускового органа.

φct - угловая погрешность трансформаторов тока и схемы компенсации сдвига фаз. Может быть принята равной 10-200.

Как правило, принимается угол φs равным 600 , или соответственная ширина паузы равна

7.5.5. НАПРАВЛЕННАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ДВУХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

Для параллельных линий, присоединяемых к шинам через самостоятельные выключатели, нужна защита, которая могла бы выбирать и отключать только одну поврежденную линию. Таким свойством обладает направленная поперечная дифференциальная защита.

Защита в сети 6-35 кВ где необходимо отключать только междуфазные короткие замыкания включается на фазы А и С как и остальные защиты в этой сети. В сети 110-220 кВ, к этим двум реле добавляется третий элемент, включаемый на разность токов 3Io.

47

Упрощенная принципиальная схема направленной поперечной дифференциальной защиты приведена на рис. 7.44. Защита состоит из пускового органа КА, обычно осуществляемого токовыми реле, включаемыми так же, как в токовой поперечной дифференциальной защите, и органа направления мощности KW, включенного на разность токов защищаемых линий и на напряжение шин подстанции. Оперативный ток подается на реле защиты через последовательно соединенные вспомогательные контакты выключателей защищаемых линий, для того чтобы защита автоматически выводилась из действия при отключении одной из линий во избежание ее неселективного действия при внешнем КЗ.

Рис. 7.44. Упрощенная схема направленной поперечной дифференциальной защиты параллельных линий и поясняющие векторные диаграммы:

а — токовые цепи; б — цепи напряжения; в — цепи оперативного тока; г — векторная диаграмма токов при КЗ на линии /; д — то же на линии //.

Вкачестве органа направления мощности используются те же реле направления мощности, что и в схемах максимальных направленных защит Как известно, значение и знак вращающего момента у реле направления мощности зависят от значения тока, напряжения и угла между ними. Напряжение, подводимое к реле, меняется только по значению в зависимости от удаленности места КЗ от шин подстанции, где установлена защита.

Вто же время ток, подводимый к реле, изменяется не только по значению. В зависимости от того, на какой из линий произошло повреждение, изменяется также и направление прохождения тока через реле направления мощности (см. рис. 7.45 г и д).

Так, при повреждении на линии / ток в линии / будет больше тока в линии //, и поэтому их разность, т. е. ток в реле, будет иметь такое же направление, как и ток в линии /. В результате реле направления мощности замкнет контакт KW.1 и защита отключит поврежденную линию /.

При повреждении на линии II ток КЗ в линии // будет больше тока в линии / и, следовательно, их разность, т. е. ток в реле, изменит направление на противоположное. При этом знак вращающего момента реле направления мощности также изменится на противоположный и реле, замкнув контакт KW.2, обеспечит действие защиты на отключение поврежденной линии //.

Ток срабатывания пусковых токовых реле выбирается по двум условиям:

1) защита не должна действовать ложно от токов небаланса нормального режима и при внешнем КЗ; 2) защита не должна действовать ложно от максимального тока нагрузки в режиме, когда

на одном конце включены выключатели обеих линий, а на другом — только одной линии, что имеет место при операциях по включению и отключению линий.

Направленная поперечная дифференциальная защита имеет «мертвую зону» при повреждениях вблизи шин противоположной подстанции. При возникновении КЗ в этой зоне направленная поперечная дифференциальная защита не отказывает в действии, как токовая, а действует каскадно.

48